如何在五轴数控机床上使用砂布轮高效而稳定地抛光整体叶盘叶片表面

整体叶盘是新一代航空发动机的核心部件之一，其整体结构的应用提高了发动机的耐久性与可靠性。随着我国大力发展航空事业，实现整体叶盘等复杂曲面类零件的自动化数控抛光成为制造业研究的重要课题。而路径规划是数控抛光的核心技术之一，其主要研究如何精确控制抛光工具高效而无遗漏地覆盖待加工区域，并且优化调整抛光与工件之间的相对位置关系实现稳定抛光。作为抛光轮的一种，砂布轮受挤压的程度用压缩变形量来表征，不同的压缩量直接影响着材料的去除量。然而，叶片型面属于自由曲面，其相邻点处的曲率方向和大小都在变化，致使与砂布轮接触区域上压缩量极不均匀。而且，不同的刀轴矢量方向更是影响接触区域的压缩量分布情况，最终影响抛光精度和有效宽度。所以，如何在进行路径规划对复杂曲面的抛光质量有着显著的影响。

图1 五轴机床上砂布轮抛光整体叶盘叶片表面

研究内容及方法
针对砂布轮沿接触曲线上的径向压缩量偏差导致材料去除量一致性较差的问题，提出一种基于压缩量偏差约束的路径规划方法。首先，通过对砂布轮受曲面挤压变形几何分析，建立了自由曲面抛光接触线上砂布轮压缩变形量分布模型。

接触曲线上压缩量偏差分布模型

在给定刀触点处，以接触曲线上最大压缩量偏差最小化为评价指标建了刀轴矢量优化模型，并利用改进的粒子群优化算法进行求解。基于得到的最优刀轴矢量，完成自由曲面上等参数相邻刀触轨迹曲线的计算。最后，通过数据对比和试验，验证了所提方法的正确性和有效性。结果表明，抛光区域的轮廓度、粗糙度均得到明显的改善。

叶片曲面抛光路径规划示意图

整体叶盘叶片曲面抛光效果

抛光表面轮廓检测结果

作者简介

蔺小军，男，西北工业大学航空发动机高性能制造工信部重点实验室，研究员，硕士生导师。研究方向为精密几何量测量及CAD/CAM，主要包括精密几何量测量方法及数据处理技术、复杂自由曲面类零件数控铣削和抛光工艺及方法等。在科研工作中，并主持和参加多项国家型号研制任务，其中主持国家自然基金1项、课题经费超过千万的国家科技重大专项1项，作为骨干参加国家两机专项等科研项目。以第一作者发表论文50余篇，其中SCI/EI收录15篇